Οι προκαρυώτες έχουν κυτταρικά τοιχώματα;

Προκαρυώτες αντιπροσωπεύουν μία από τις δύο κύριες ταξινομήσεις της ζωής. Οι άλλοι είναι οι ευκαρυώτες.

Τα προκαρυωτικά διαχωρίζονται από το χαμηλότερο επίπεδο πολυπλοκότητάς τους. Όλα είναι μικροσκοπικά, αν και όχι απαραίτητα μονοκύτταρα. Χωρίζονται στους τομείς αρχαία και βακτήρια, αλλά η συντριπτική πλειονότητα των γνωστών προκαρυωτικών ειδών είναι βακτήρια, τα οποία βρίσκονται στη Γη για περίπου 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια.

Τα προκαρυωτικά κύτταρα δεν έχουν πυρήνες ή οργανικά οργανικά δεσμευμένα με μεμβράνη. Ωστόσο, το 90% των βακτηρίων κυτταρικά τοιχώματα, τα οποία, με εξαίρεση τα φυτικά κύτταρα και ορισμένα μυκητιακά κύτταρα, τα ευκαρυωτικά κύτταρα στερούνται. Αυτά τα τοιχώματα των κυττάρων σχηματίζουν το εξώτατο στρώμα βακτηρίων και αποτελούν μέρος του βακτηριακή κάψουλα.

Σταθεροποιούν και προστατεύουν το κύτταρο και είναι ζωτικής σημασίας για την ικανότητα των βακτηρίων να μολύνουν τα κύτταρα ξενιστές καθώς και την απόκριση των βακτηρίων στα αντιβιοτικά.

Όλα τα κελιά στη φύση μοιράζονται πολλά κοινά χαρακτηριστικά. Ένα από αυτά είναι η παρουσία ενός εξωτερικού κυτταρική μεμβράνη, ή μεμβράνη πλάσματος, που σχηματίζει το φυσικό όριο του κελιού σε όλες τις πλευρές. Μια άλλη είναι η ουσία που είναι γνωστή ως κυτόπλασμα βρίσκεται στην κυτταρική μεμβράνη.

Ένα τρίτο είναι η συμπερίληψη γενετικού υλικού με τη μορφή DNA, ή δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ. Ένα τέταρτο είναι η παρουσία του ριβοσώματα, που κατασκευάζουν πρωτεΐνες. Κάθε ζωντανό κύτταρο χρησιμοποιεί ATP (τριφωσφορική αδενοσίνη) για ενέργεια.

Η δομή των προκαρυωτικών είναι απλή. Σε αυτά τα κύτταρα, το DNA, αντί να συσκευάζεται μέσα σε έναν πυρήνα που περικλείεται μέσα σε μια πυρηνική μεμβράνη, βρίσκεται πιο χαλαρά συγκεντρωμένο στο κυτόπλασμα, με τη μορφή ενός σώματος που ονομάζεται νουκλεοειδές.

Αυτό συνήθως έχει τη μορφή κυκλικού χρωμοσώματος.

Τα ριβοσώματα του προκαρυωτικού κυττάρου βρίσκονται διασκορπισμένα σε όλο το κυτταρόπλασμα των κυττάρων, ενώ στα ευκαρυωτικά, μερικά από αυτά βρίσκονται σε οργανίδια όπως το Συσκευές Golgi και το ενδοπλασματικό πρόγραμμα. Η δουλειά των ριβοσωμάτων είναι η σύνθεση πρωτεϊνών.

Τα βακτήρια αναπαράγονται με δυαδική σχάση, ή απλά χωρίζοντας σε δύο και διαιρώντας τα κυτταρικά συστατικά εξίσου, συμπεριλαμβανομένων των γενετικών πληροφοριών στο μοναδικό μικρό χρωμόσωμα.

Σε αντίθεση με τη μίτωση, αυτή η μορφή κυτταρικής διαίρεσης δεν απαιτεί ξεχωριστά στάδια.

Οι μοναδικοί πεπτιδογλυκάνες: Όλα τα τοιχώματα των φυτικών κυττάρων και τα τοιχώματα των βακτηριακών κυττάρων αποτελούνται κυρίως από αλυσίδες υδατανθράκων.

Όμως, ενώ τα τοιχώματα των φυτικών κυττάρων περιέχουν κυτταρίνη, την οποία θα δείτε στα συστατικά πολλών τροφίμων, τα τοιχώματα των βακτηριακών κυττάρων περιέχουν μια ουσία που ονομάζεται πεπτιδογλυκάνη, το οποίο δεν θα.

Αυτή η πεπτιδογλυκάνη, η οποία είναι βρέθηκαν μόνο σε προκαρυώτες, έρχεται σε διαφορετικούς τύπους. δίνει στο κελί το σχήμα του και παρέχει προστασία για το κελί από μηχανικές προσβολές.

Οι πεπτιδογλυκάνες αποτελούνται από μια ραχοκοκαλιά που ονομάζεται γλυκάνη, το οποίο αποτελείται από το ίδιο μουραμικό οξύ και γλυκοζαμίνη, και οι δύο με τη σειρά τους έχουν ακετυλομάδες συνδεδεμένες στα άτομα αζώτου τους. Περιλαμβάνουν επίσης πεπτιδικές αλυσίδες αμινοξέων που είναι διασυνδεδεμένες με άλλες, γειτονικές πεπτιδικές αλυσίδες.

Η ισχύς αυτών των αλληλεπιδράσεων «γεφύρωσης» ποικίλλει ευρέως μεταξύ διαφορετικών πεπτιδογλυκανών και επομένως μεταξύ διαφορετικών βακτηρίων.

Αυτό το χαρακτηριστικό, όπως θα δείτε, επιτρέπει στα βακτήρια να ταξινομηθούν σε διαφορετικούς τύπους με βάση το πώς τα κυτταρικά τους τοιχώματα αντιδρούν σε μια συγκεκριμένη χημική ουσία.

Οι σταυροσυνδέσεις σχηματίζονται από τη δράση ενός ενζύμου που ονομάζεται α τρανσπεπτιδάση, που είναι ο στόχος μιας κατηγορίας αντιβιοτικών που χρησιμοποιούνται για την καταπολέμηση των μολυσματικών ασθενειών σε ανθρώπους και άλλους οργανισμούς.

Ενώ όλα τα βακτήρια έχουν κυτταρικό τοίχωμα, η σύνθεσή του αλλάζει από είδος σε είδος λόγω διαφορών στην περιεκτικότητα σε πεπτιδογλυκάνες από τις οποίες τα κυτταρικά τοιχώματα είναι εν μέρει ή ως επί το πλείστον κατασκευασμένα.

Τα βακτήρια μπορούν να διαχωριστούν σε δύο τύπους που ονομάζονται gram-positive και gram-negative.

Αυτά πήραν το όνομά τους από τον βιολόγο Χανς Κρίστιαν Γκραμ, πρωτοπόρος στη βιολογία των κυττάρων που ανέπτυξε μια τεχνική χρώσης τη δεκαετία του 1880, αποκαλούμενη εύστοχα Gram λεκέ, που προκάλεσαν ορισμένα βακτήρια να γίνουν μωβ ή μπλε και άλλα να γίνουν κόκκινα ή ροζ.

Ο πρώην τύπος βακτηρίων έγινε γνωστός ως θετικό σε γραμμάριοκαι οι ιδιότητες χρώσης τους οφείλονται στο γεγονός ότι τα κυτταρικά τους τοιχώματα περιέχουν ένα πολύ υψηλό κλάσμα πεπτιδογλυκάνης σε σχέση με το σύνολο του τοιχώματος.

Τα βακτήρια με κόκκινο ή ροζ χρώμα είναι γνωστά ως αρνητικό κατά gram, και όπως μπορείτε να μαντέψετε, αυτά τα βακτήρια έχουν τοιχώματα που αποτελούνται από μικρές έως μικρές ποσότητες πεπτιδογλυκάνης.

Στα αρνητικά κατά gram βακτήρια, μια λεπτή μεμβράνη βρίσκεται έξω από το κυτταρικό τοίχωμα, σχηματίζοντας το φάκελος κελιού.

Αυτό το στρώμα είναι παρόμοιο με τη μεμβράνη πλάσματος του κυττάρου που βρίσκεται στην άλλη πλευρά του κυτταρικού τοιχώματος, πιο κοντά στο εσωτερικό του κυττάρου. Σε ορισμένα αρνητικά κατά gram κύτταρα, όπως ΜΙ. coli, η κυτταρική μεμβράνη και ο πυρηνικός φάκελος έρχονται σε επαφή σε ορισμένα σημεία, διεισδύοντας στην πεπτιδογλυκάνη του λεπτού τοιχώματος μεταξύ.

Αυτός ο πυρηνικός φάκελος περιέχει μόρια που εκτείνονται προς τα έξω και ονομάζονται λιποπολυσακχαρίτες, ή LPS. Επεκτείνονται από το εσωτερικό αυτής της μεμβράνης είναι λιποπρωτεΐνες μουρεΐνης που είναι προσκολλημένες στο άκρο στο εξωτερικό του κυτταρικού τοιχώματος.

Τα θετικά κατά gram βακτήρια έχουν ένα παχύ κυτταρικό τοίχωμα πεπτιδογλυκάνης, πάχους περίπου 20 έως 80 nm (νανόμετρα ή ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου).

Τα παραδείγματα περιλαμβάνουν σταφυλόκοκκοι, στρεπτόκοκκοι, γαλακτοβάκιλλοι και Βακίλλος είδος.

Αυτά τα βακτήρια λεκιάζουν μοβ ή κόκκινο, αλλά συνήθως μωβ, με χρώση Gram, καθώς η πεπτιδογλυκάνη διατηρεί την ιώδη βαφή που εφαρμόζεται νωρίς στη διαδικασία όταν το παρασκεύασμα πλένεται αργότερα με αλκοόλη.

Αυτό το πιο ανθεκτικό κυτταρικό τοίχωμα προσφέρει στα θετικά κατά gram βακτήρια περισσότερη προστασία από τις περισσότερες εξωτερικές προσβολές σε σύγκριση με τα αρνητικά κατά gram βακτήρια, αν και το υψηλή περιεκτικότητα σε πεπτιδογλυκάνες από αυτούς τους οργανισμούς καθιστά τα τείχη τους κάτι από ένα μονοδιάστατο φρούριο, με τη σειρά τους για μια κάπως ευκολότερη στρατηγική σχετικά με το πώς να το καταστρέψουν.

•••Επιστήμη

Τα gram-θετικά βακτήρια είναι γενικά πιο ευαίσθητα σε αντιβιοτικά που στοχεύουν το κυτταρικό τοίχωμα από ό, τι είναι gram-αρνητικά είδη, δεδομένου ότι εκτίθεται στο περιβάλλον σε αντίθεση με το κάθισμα κάτω ή μέσα σε ένα κελί φάκελος.

Τα στρώματα πεπτιδογλυκάνης των θετικών κατά gram βακτηρίων είναι συνήθως υψηλά σε μόρια που ονομάζονται τεϊοϊκά οξέα, ή ΤΑ.

Αυτές είναι αλυσίδες υδατανθράκων που φτάνουν και περνούν μερικές φορές από το στρώμα πεπτιδογλυκάνης.

Το ΤΑ πιστεύεται ότι σταθεροποιεί την πεπτιδογλυκάνη γύρω του απλώς κάνοντάς το πιο άκαμπτο, αντί να ασκεί χημικές ιδιότητες.

Η ΤΑ είναι εν μέρει υπεύθυνη για την ικανότητα ορισμένων gram-θετικών βακτηρίων, όπως τα είδη στρεπτόκοκκων, να δεσμεύονται συγκεκριμένες πρωτεΐνες στην επιφάνεια των κυττάρων-ξενιστών, η οποία διευκολύνει την ικανότητά τους να προκαλούν μόλυνση και σε πολλές περιπτώσεις νόσος.

Όταν τα βακτήρια ή άλλοι μικροοργανισμοί είναι ικανοί να προκαλέσουν μολυσματικές ασθένειες, αναφέρονται ως παθογόνος.

Τα κυτταρικά τοιχώματα των βακτηρίων του Οικογένεια μυκοβακτηρίων, εκτός από το ότι περιέχουν πεπτιδογλυκάνη και TA, έχουν ένα εξωτερικό στρώμα «κηρώδους» από μυκολικά οξέα. Αυτά τα βακτήρια είναι γνωστά ως «γρήγορο οξύ,Γιατί χρειάζονται λεκέδες αυτού του τύπου για να διεισδύσουν σε αυτό το κηρώδες στρώμα για να επιτρέψουν χρήσιμη μικροσκοπική εξέταση.

Τα αρνητικά κατά gram βακτήρια, όπως τα θετικά κατά gram αντίστοιχα, έχουν κυτταρικά τοιχώματα πεπτιδογλυκάνης.

Ωστόσο, ο τοίχος είναι πολύ λεπτότερος, πάχους μόνο 5 έως 10 nm. Αυτοί οι τοίχοι δεν χρωματίζουν μωβ με χρώση Gram επειδή το μικρότερο περιεχόμενο πεπτιδογλυκάνης σημαίνει το τοίχωμα δεν μπορεί να διατηρήσει πολύ βαφή όταν το παρασκεύασμα πλένεται με αλκοόλ, με αποτέλεσμα ένα ροζ ή κοκκινωπό χρώμα στο τέλος.

Όπως σημειώθηκε παραπάνω, το κυτταρικό τοίχωμα δεν είναι το πιο μακρινό αργότερα αυτών των βακτηρίων αλλά αντίθετα καλύπτεται από μια άλλη μεμβράνη πλάσματος, τον κυτταρικό περίβλημα ή την εξωτερική μεμβράνη.

Αυτό το στρώμα έχει πάχος περίπου 7,5 έως 10 nm, στρέφεται ή υπερβαίνει το πάχος του κυτταρικού τοιχώματος.

Στα περισσότερα gram-αρνητικά βακτήρια, ο κυτταρικός φάκελος συνδέεται με έναν τύπο μορίου λιποπρωτεΐνης που ονομάζεται λιποπρωτεΐνη Braun, ο οποίος με τη σειρά του συνδέεται με την πεπτιδογλυκάνη του κυτταρικού τοιχώματος.

Τα αρνητικά κατά Gram βακτήρια είναι γενικά λιγότερο ευαίσθητα στα αντιβιοτικά που στοχεύουν το κυτταρικό τοίχωμα επειδή δεν εκτίθενται στο περιβάλλον. Έχει ακόμα την εξωτερική μεμβράνη για προστασία.

Επιπλέον, σε αρνητικά κατά gram βακτήρια, μια μήτρα τύπου πηκτώματος καταλαμβάνει την περιοχή εντός του κυτταρικού τοιχώματος και έξω από τη μεμβράνη πλάσματος που ονομάζεται περιπλασμικός χώρος.

Το συστατικό πεπτιδογλυκάνης του κυτταρικού τοιχώματος των αρνητικών κατά gram βακτηρίων έχει πάχος μόνο περίπου 4 nm.

Όπου ένα θετικό κατά gram βακτηριακό κυτταρικό τοίχωμα θα έχει περισσότερες πεπτιδογλυκάνες για να δώσει την ουσία του τοιχώματος του, ένα αρνητικό κατά γραμμάριο σφάλμα έχει άλλα εργαλεία στην εξωτερική του μεμβράνη.

Κάθε μόριο LPS αποτελείται από μια πλούσια σε λιπαρά οξέα υπομονάδα λιπιδίου Α, έναν μικρό πυρήνα πολυσακχαρίτη και μια Ο-πλευρική αλυσίδα φτιαγμένη από μόρια που μοιάζουν με ζάχαρη. Αυτή η O-side αλυσίδα σχηματίζει την εξωτερική πλευρά του LPS.

Η ακριβής σύνθεση της πλευρικής αλυσίδας ποικίλλει μεταξύ διαφορετικών βακτηριακών ειδών.

Τμήματα της O-side αλυσίδας γνωστά ως αντιγόνα μπορούν να αναγνωριστούν μέσω εργαστηριακών δοκιμών για αναγνώριση συγκεκριμένα παθογόνα βακτηριακά στελέχη (ένα «στέλεχος» είναι ένας υπότυπος βακτηριακού είδους, όπως μια φυλή σκύλος).

Αρχαία είναι πιο διαφορετικά από τα βακτήρια και τα τοιχώματα των κυττάρων τους. Συγκεκριμένα, αυτά τα τοιχώματα δεν περιέχουν πεπτιδογλυκάνη.

Αντίθετα, συνήθως περιέχουν ένα ομοίως καλούμενο μόριο ψευδοπεπτιδογλυκάνη, ή ψευδομουρεΐνη. Σε αυτήν την ουσία, ένα μέρος της κανονικής πεπτιδογλυκάνης που ονομάζεται NAM αντικαθίσταται με μια διαφορετική υπομονάδα.

Μερικά archaea μπορεί αντ 'αυτού να έχουν ένα επίπεδο γλυκοπρωτεΐνες ή πολυσακχαρίτες που αντικαθιστούν το κυτταρικό τοίχωμα στη θέση της ψευδοπεπτιδογλυκάνης. Τέλος, όπως και με ορισμένα βακτηριακά είδη, μερικά αρχαία λείπουν εντελώς τα κυτταρικά τοιχώματα.

Αρχαία που περιέχουν ψευδομουρεΐνη είναι μη ευαίσθητο στα αντιβιοτικά της κατηγορίας πενικιλίνης επειδή αυτά τα φάρμακα είναι αναστολείς της τρανσπεπτιδάσης που δρουν να παρεμβαίνουν στη σύνθεση της πεπτιδογλυκάνης.

Σε αυτές τις αρχαίες, δεν συντίθενται πεπτιδογλυκάνες και επομένως τίποτα για να δράσουν οι πενικιλίνες.

Τα βακτηριακά κύτταρα που στερούνται κυτταρικών τοιχωμάτων μπορεί να έχουν επιπρόσθετες δομές κυτταρικής επιφάνειας επιπλέον αυτών που συζητήθηκαν, όπως γλυκοκαλύσεις (μοναδικό είναι γλυκοκάλυξ) και S-layer.

Το glycocalyx είναι μια επικάλυψη μορίων τύπου ζάχαρης που έρχεται σε δύο κύριους τύπους: κάψουλες και στρώματα λάσπης. Η κάψουλα είναι ένα καλά οργανωμένο στρώμα πολυσακχαριτών ή πρωτεϊνών. Ένα στρώμα λάσπης είναι λιγότερο σφιχτά οργανωμένο και προσαρμόζεται λιγότερο σφιχτά στο κυτταρικό τοίχωμα κάτω από έναν γλυκοκάλυλο.

Ως αποτέλεσμα, ένας γλυκοκάλυχος είναι πιο ανθεκτικός στο ξέπλυμα, ενώ ένα στρώμα λάσπης μπορεί να μετατοπιστεί πιο εύκολα. Το στρώμα λάσπης μπορεί να αποτελείται από πολυσακχαρίτες, γλυκοπρωτεΐνες ή γλυκολιπίδια.

Αυτές οι ανατομικές παραλλαγές προσδίδουν μεγάλη κλινική σημασία.

Οι γλυκοκαλλιέργειες επιτρέπουν στα κύτταρα να κολλήσουν σε ορισμένες επιφάνειες, βοηθώντας στο σχηματισμό αποικιών οργανισμών που ονομάζονται βιοφίλμ που μπορούν να σχηματίσουν πολλά στρώματα και να προστατεύσουν τα άτομα στην ομάδα. Για το λόγο αυτό, τα περισσότερα βακτήρια στην άγρια ​​ζωή ζουν σε βιοφίλμ που σχηματίζονται από μικτές βακτηριακές κοινότητες. Τα βιοφίλμ εμποδίζουν τη δράση των αντιβιοτικών καθώς και των απολυμαντικών.

Όλα αυτά τα χαρακτηριστικά συμβάλλουν στη δυσκολία εξάλειψης ή μείωσης μικροβίων και εξάλειψης λοιμώξεων.

Τα βακτηριακά στελέχη που είναι φυσικά ανθεκτικά σε ένα δεδομένο αντιβιοτικό χάρη στην πιθανή πλεονεκτική μετάλλαξη "επιλέγονται" σε ανθρώπινους πληθυσμούς επειδή αυτά είναι τα σφάλματα που αφήνονται πίσω όταν τα ευαίσθητα στα αντιβιοτικά εξουδετερώνονται, και αυτά τα "superbugs" πολλαπλασιάζονται και συνεχίζουν να προκαλούν νόσος.

Μέχρι τη δεύτερη δεκαετία του 21ου αιώνα, μια ποικιλία gram-αρνητικών βακτηρίων έχει γίνει όλο και περισσότερο ανθεκτικά στα αντιβιοτικά, οδηγώντας σε αυξημένη ασθένεια και θάνατο από λοιμώξεις και αύξηση της υγειονομικής περίθαλψης δικαστικά έξοδα. Η αντοχή στα αντιβιοτικά είναι ένα αρχέτυπο παράδειγμα φυσικής τομής σε χρονικές κλίμακες που παρατηρούνται στον άνθρωπο.

Τα παραδείγματα περιλαμβάνουν:

• ΜΙ. coli, που προκαλεί λοιμώξεις του ουροποιητικού συστήματος (UTI).
• Acinetobacter baumanii, η οποία προκαλεί προβλήματα κυρίως σε χώρους υγειονομικής περίθαλψης
• Pseudomonas aeruginosa, που προκαλεί λοιμώξεις αίματος και πνευμονία σε νοσοκομειακούς ασθενείς και πνευμονία σε ασθενείς με κληρονομική νόσο κυστική ίνωση.
• Klebsiella pneumoniae, η οποία είναι υπεύθυνη για πολλές μολύνσεις σε περιβάλλοντα που σχετίζονται με την υγειονομική περίθαλψη, μεταξύ των οποίων πνευμονία, λοιμώξεις αίματος και UTI.
• Neisseria gonorrhoeae, η οποία προκαλεί τη σεξουαλικά μεταδιδόμενη νόσο γονόρροια, τη δεύτερη πιο συχνά αναφερόμενη μολυσματική ασθένεια στις ΗΠΑ

Οι ιατρικοί ερευνητές εργάζονται για να συμβαδίσουν με ανθεκτικά σφάλματα σε αυτό που ισοδυναμεί με μια μικροβιολογική κούρσα όπλων.